新能源飛行器發(fā)展白皮書連載一：綠色航空的必然選擇

隨著全球?qū)G色航空的迫切需求，新能源飛行器正成為航空產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量?！缎履茉达w行器發(fā)展白皮書（2024）》深入剖析了其發(fā)展必要性、定義、分類、關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展規(guī)劃。本刊將連載白皮書的核心內(nèi)容，以期與讀者共同關(guān)注這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的前沿趨勢與未來發(fā)展。

定義與分類

新能源飛行器的定義

新能源飛行器是以實現(xiàn)未來零碳排放飛行為自標(biāo)，使用電、氫能等新型能源來減少航空運(yùn)輸業(yè)對污染大的化石能源依賴的綠色航空技術(shù)新型飛行器。新能源飛行器是滿足國防裝備建設(shè)、碳中和、航空電氣化等國家重大戰(zhàn)略需求的關(guān)鍵核心，應(yīng)符合以下條件：（1）全生命周期內(nèi)降低溫室氣體（以二氧化碳為主）排放；（2）對環(huán)境友好，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，保障生物多樣性；（3）具有技術(shù)可實現(xiàn)性；（4）具有經(jīng)濟(jì)價值及市場競爭力。

新能源飛行器的分類

《中國大百科全書》將航空器（飛行器）分為氣球、飛艇、滑翔機(jī)、飛機(jī)、直升機(jī)、自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)和撲翼機(jī)共八類。無論是傳統(tǒng)的燃油動力還是電驅(qū)動、氫能等新能源動力，均遵循以上分類方式。傳統(tǒng)的民用航空范疇包括通用航空和公共航空運(yùn)輸兩種，近些年又催生出城市空運(yùn)、無人機(jī)作業(yè)等新應(yīng)用領(lǐng)域。從應(yīng)用場景的角度，新能源飛行器可粗略分為電動垂直起降（eVTOL）飛行器、新能源通航飛機(jī)以及干支線飛機(jī)等，其中eVTOL飛行器又分為多旋翼、復(fù)合翼、傾轉(zhuǎn)旋翼等構(gòu)型。

eVTOL作為一種新式的飛行器，其在定義和分類上與傳統(tǒng)的直升機(jī)、無人機(jī)之間有著密不可分的聯(lián)系，同時也極易被混淆。從航空行業(yè)的視角來看，電動垂直起降（eVTOL）飛行器可以拆分為“電動”和“垂直起降”兩個屬性，前者表示動力來源，后者表示飛行能力。垂直起降飛行器和直升機(jī)可以看作是同一類產(chǎn)品的不同表述形式，直升機(jī)不只有常見的“單旋翼 + 尾槳”構(gòu)型，也有多旋翼、傾轉(zhuǎn)旋翼和復(fù)合翼等構(gòu)型，一般認(rèn)為eVTOL和直升機(jī)的區(qū)別主要在于動力方式的不同。FAA將具有飛機(jī)和直升機(jī)特性的飛行器定義為“動力升降”類飛機(jī)，其中就包括eVTOL飛行器。

eVTOL和無人機(jī)的核心區(qū)別在于是否有“人”，而與構(gòu)型、尺寸等因素?zé)o關(guān)。一般認(rèn)為有人駕駛或者載人的飛行器屬于eVTOL，無人駕駛且同時載物的飛行器屬于無人機(jī)。另一個極易被混淆的概念是eVTOL和飛行汽車。飛行汽車作為一種特殊的eVTOL飛行器，其核心特征是可以同時滿足地面行駛和空中飛行兩種功能，具備汽車和飛行器的雙重屬性。飛行汽車也分為常規(guī)起降構(gòu)型和垂直起降構(gòu)型兩種，前者早在上世紀(jì)就推出過多個產(chǎn)品，和eVTOL無直接關(guān)系，后者伴隨著近些年電動航空技術(shù)的發(fā)展逐漸興起，屬于eVTOL的一個分支。

除了從應(yīng)用場景和構(gòu)型的角度進(jìn)行分類，還可以針對新能源飛行器的能源和動力方式進(jìn)行分類。新能源飛行器從能量來源的角度可分為電能飛行器、氫/氨能飛行器和可持續(xù)航空燃料飛行器，其中電能飛行器的能量來源包括作為儲能裝置的動力電池和作為能量轉(zhuǎn)化裝置的太陽能電池，氫/氨能飛行器的能量來源是氫和氨燃料。新能源飛行器從動力來源的角度可分為電動飛行器、氫/氨動力飛行器和可持續(xù)航空燃料飛行器，電動飛行器是所有以電動機(jī)為動力來源的飛行器的總稱，電動機(jī)的電力來源可以是動力電池和太陽能電池，也可以是氫和氨燃料電池。氫/氨動力飛行器只包含將氫和氨作為發(fā)動機(jī)燃料的飛行器，其范圍要小于剛才提到的氫/氨能飛行器。另外，使用可持續(xù)航空燃料的飛行器單獨歸為一類，以上分類方式暫不包括核動力、飛輪儲能等應(yīng)用前景尚不明朗的航空動力方案。

發(fā)展必要性新能源飛行器是航空產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)綠

色發(fā)展的必然選擇

從第一架飛機(jī)發(fā)明到現(xiàn)在有超過100年的歷史，飛機(jī)對擴(kuò)大人類的活動空間、加快社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和節(jié)約人類交流的時間起到了極大的推動作用，但帶來許多便利的同時也對人類賴以生存的環(huán)境造成了危害。全球航空業(yè)快速發(fā)展對環(huán)境造成的危害主要體現(xiàn)在以下三點：首先飛機(jī)飛行帶來的化石燃料廢氣排放必然導(dǎo)致空氣污染；其次由于發(fā)動機(jī)排放的溫室氣體必然加速全球變暖，導(dǎo)致更嚴(yán)重的環(huán)境問題；最后在飛機(jī)起飛和降落時，巨大的噪聲會對機(jī)場附近的生產(chǎn)生活帶來影響。研究表明，目前航空運(yùn)輸業(yè)碳排放量約占全球碳排放總量的2.5%～4% ，隨著航空旅客量的快速增長，民航正在成為碳排放上升勢頭最快的行業(yè)。從20世紀(jì)70年代開始，世界航空運(yùn)輸旅客周轉(zhuǎn)量大約15年翻一番，預(yù)計今后20年將以每年 4.6% 左右的速度持續(xù)增長。按照旅客周轉(zhuǎn)量的增長速度，2050年航空業(yè)的二氧化碳排放量將達(dá)到18億噸，較2022年水平增長超三倍，航空運(yùn)輸對環(huán)境的壓力持續(xù)增大，如何緩解飛機(jī)對環(huán)境的影響已經(jīng)成為亟待解決的問題。

根據(jù)相關(guān)分析數(shù)據(jù)，飛機(jī)航空燃料的燃燒是航空運(yùn)輸業(yè)碳排放的首要來源，達(dá)到了航空運(yùn)輸業(yè)碳排放總量的79% 。航空燃料燃燒的碳排放大多由窄體和寬體干線飛機(jī)產(chǎn)生，分別占了 43% 和 37% ；貨運(yùn)飛機(jī)次之，占比為 15% ：支線飛機(jī)的碳排放占比為 5% ；而通航飛機(jī)的占比最少，僅為 0.02% 。從減少航

36|無人機(jī)2025No.3/總第128期空碳排放的角度來說，降低飛機(jī)燃料燃燒的碳排放是航空綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵，尤其是要減少以干支線航班為主的民航運(yùn)輸碳排放。

如果不采取任何措施，我國航空運(yùn)輸業(yè)碳排放可能會以 14.8% 的年均增幅持續(xù)增長。根據(jù)預(yù)測，通過改善氣動布局和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)、使用綠色材料、提高航空燃料生產(chǎn)工藝、優(yōu)化機(jī)隊結(jié)構(gòu)、提升空管運(yùn)行效率等多種手段，可以實現(xiàn)29% 的中等幅度降碳減排，但距離2060年碳中和目標(biāo)仍有較大的差距。使用新能源技術(shù)是實現(xiàn)航空產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展目標(biāo)的必然選擇，新能源飛行器的大規(guī)模應(yīng)用以及電、氫等能源的綠色生產(chǎn)可以貢獻(xiàn) 71% 的減碳指標(biāo)。

新能源飛行器是我國追趕世界航空強(qiáng)國的重要領(lǐng)域

近年來，作為世界航空業(yè)先進(jìn)水平的代表，美國和歐洲多家飛行器制造商與科研機(jī)構(gòu)高度關(guān)注新能源飛行器研究。NASA于2015年提出了電動飛機(jī)發(fā)展路線圖，在多條技術(shù)路線同步開展研究?？湛凸剂巳頩EROe氫動力概念機(jī)，目標(biāo)在2035年前推出全球首款零排放商用飛機(jī)，目前已完成兆瓦級氫燃料電池動力系統(tǒng)的地面試驗，同時聯(lián)合賽峰、達(dá)索等公司啟動VOLCAN計劃，以A319Neo飛機(jī)為載體促進(jìn)可持續(xù)航空燃料的大規(guī)模應(yīng)用?；裟犴f爾持續(xù)開發(fā)電動航空市場，AAM（先進(jìn)空中交通）部門已獲得超100億美元訂單。Archer和Joby公司在美軍“敏捷至上”項目的資助下開始交付eVTOL飛行器。ZeroAvia完成多尼爾228氫燃料電池改裝飛機(jī)試飛。新能源飛行器已經(jīng)在多個國家掀起了發(fā)展熱潮。

我國在新能源飛行器領(lǐng)域也開展了多項技術(shù)與產(chǎn)品研究工作。在能源動力領(lǐng)域，依托電動汽車行業(yè)，商用鋰電池能量密度已超過250Wh/kg，寧德時代發(fā)布的凝聚態(tài)航空電池能量密度號稱可達(dá)500Wh/kg，躋身世界前列，并與商飛成立合資公司商飛時代，共同開展電動飛機(jī)研發(fā)；在小型載人新能源飛行器領(lǐng)域，遼寧通用航空研究院研制的銳翔系列電動飛機(jī)RX4E，深圳億航公司研制的EH216-S，上海峰飛公司研制的V2000CG均已取得突破性進(jìn)展，其中億航EH216-S在2023年10月獲得了中國民航局頒發(fā)的全球首張載人eVTOL飛行器型號合格證，峰飛V2000CG貨運(yùn)型在2024年3月獲得全球首張噸級以上eVTOL飛行器型號合格證；在新能源商用飛機(jī)領(lǐng)域，中國航空研究院、航發(fā)608所、北航、西工大等研究機(jī)構(gòu)和高校開展了新概念布局和關(guān)鍵技術(shù)研究，聚焦總體布局方案、電推進(jìn)系統(tǒng)、超導(dǎo)動力傳輸?shù)戎攸c研究方向。

全球航空產(chǎn)業(yè)由于高門檻、高依存度、高投入/高附加值的特點，行業(yè)壁壘極高，先發(fā)優(yōu)勢明顯，領(lǐng)頭企業(yè)具有較強(qiáng)的壟斷地位。我國的航空產(chǎn)業(yè)起步較晚，在技術(shù)儲備、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、市場份額、品牌價值、標(biāo)準(zhǔn)與法律制定等方面明顯落后于歐美航空強(qiáng)國，很難在短期內(nèi)縮短傳統(tǒng)化石能源航空產(chǎn)業(yè)的差距。以新能源飛行器為代表的全球航空產(chǎn)業(yè)“綠色低碳”轉(zhuǎn)型是我國航空產(chǎn)業(yè)的重大機(jī)遇，有望打破歐美航空強(qiáng)國的壟斷地位，解決國產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)“卡脖子”問題，實現(xiàn)航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“換道超車”

新能源飛行器面臨良好的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和發(fā)展機(jī)遇

截至目前，已有超過30家國內(nèi)整機(jī)研制企業(yè)進(jìn)入新能源飛行器領(lǐng)域，億航、峰飛等企業(yè)研發(fā)的eVTOL飛行器達(dá)到世界先進(jìn)水平，中國航空研究院、中國航發(fā)研究院、商飛北研、北航、南航、西工大等單位陸續(xù)開展新能源飛行器關(guān)鍵技術(shù)探索。我國新能源汽車、軌道交通等行業(yè)快速發(fā)展，培育了一批有國際競爭力的電池、電機(jī)及控制器企業(yè)，相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢可以有效提升我國新能源飛行器產(chǎn)業(yè)鏈的整體競爭力，電池產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)寧德時代已經(jīng)與商飛成立合資公司商飛時代，共同進(jìn)軍新能源飛行器領(lǐng)域。整體來看，我國新能源飛行器發(fā)展具備良好基礎(chǔ)。

我國龐大的市場需求提供了足夠的內(nèi)需動力，低空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的后發(fā)優(yōu)勢明顯，尤其是在航空物流配送、城市空中交通等新興領(lǐng)域具有全球獨一無二的市場需求。另外，隨著我國環(huán)境保護(hù)和能源危機(jī)意識的增強(qiáng)，以及低空空域的逐步開放，新能源飛行器具有廣闊的市場前景。

國家機(jī)關(guān)和地方政府頒布了多項政策文件支持新能源飛行器的發(fā)展。2023年10月，工信部等四部門聯(lián)合發(fā)布《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023-2035年）》，部署我國綠色航空產(chǎn)業(yè)“換道超車”的新任務(wù)和新路徑。12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會議明確將低空經(jīng)濟(jì)作為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，提出打造和大力發(fā)展低空經(jīng)濟(jì)，開辟產(chǎn)業(yè)新賽道。深圳、合肥、長沙等城市相繼出臺低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策，億航、峰飛等企業(yè)在政策支持下逐步開展城市空運(yùn)試點運(yùn)行。在國家的鼓勵和支持下，我國新能源飛行器產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入快速發(fā)展階段。

（相關(guān)重點領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)將在第4期進(jìn)行連載，敬請關(guān)注。）